CN115167715A - 一种新型触控检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型触控检测电路，属于触控检测技术领域，该新型触控检测电路包括电容C1、电容Cp和MOS管PM，所述电容C1的一端连接输入信号VIN，电容C1的另一端连接电容Cp、电容Cs和MOS管PM的栅极，电容Cp的另一端连接电容Cs的另一端、MOS管PM的漏极和接地端，MOS管PM的源极连接电流源IB和ADC转换器；本发明具有检测速度快、检测精度高等特点；同时此结构如果嵌入到本来就有ADC的系统（如包含高速ADC模块的MCU系统）时，可以通过复用原系统中的ADC实现高速高精度的触控检测功能，这样可以非常低成本地实现触控检测功能。

Description

一种新型触控检测电路

技术领域

本发明涉及触控检测技术领域，具体是一种新型触控检测电路。

背景技术

当今智能设备在消费应用、工业控制等领域日益普及，触控板已成为多种电子设备的必备输入装置，可以提供更加人性化的人机界面。

触控板可分为电容式触控板和电阻式触控板。其中电容式触控板检测原理主要是依据当触控板被使用者触控时会产生电容变化。传统的触控检测电路采用一种电容电荷转移电路实现，如图1所示，图中Cs就是触控按键对应的等效电容，C0为稳压电容；首先通过开关S1把电容C0上的电荷清空，然后导通开关S2使Cs被充电到VCC电平，当Cs完成充电后，关闭S1、S2并导通S3，使储存在Cs上的电荷部分转移到C0上；然后再通过重复地导通、关闭S2对Cs充电，同时交替地关闭、导通S3把Cs上的电荷转移到C0上，使C0一端的电压VIP逐渐升高，当VIP电压超过VREF时，比较器CMP输出状态发生翻转，比较器后的计数器记录比较器翻转前发生的电荷搬移次数，触控电容Cs的变化会直接体现到计时器的计数值的变化，控制模块负责控制这个转换过程的完成。

现有技术因为触控按键等效电容Cs电容变化只有百分之几，因此计数器的变化也不会太大，即传统结构的检测分辨率不高；增加C0电容值可以增大触控检测的计数值，但是会进一步增加检测时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型触控检测电路，新结构具有检测速度快、检测精度高等特点，从而满足上述背景技术的要求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新型触控检测电路，该新型触控检测电路包括电容C1、电容Cp和MOS管PM，所述电容C1的一端连接输入信号VIN，电容C1的另一端连接电容Cp、电容Cs和MOS管PM的栅极，电容Cp的另一端连接电容Cs的另一端、MOS管PM的漏极和接地端，MOS管PM的源极连接电流源IB和ADC转换器。

作为本发明的进一步技术方案：所述电容Cs为待检测的触控按键对应的等效电容。

作为本发明的进一步技术方案：所述MOS管PM为PMOS管。

作为本发明的进一步技术方案：所述MOS管PM的栅极电压为VM，当输入信号VIN变化时，VM也会随之变化，VM电压与VIN电压关系为：

；

其中，C1为电容C1的容值，Cp为电容Cp的容值，Cs为电容Cs的容值。

作为本发明的进一步技术方案：所述MOS管PM流过电流为IB时其栅源电压为Vgs，MOS管PM向ADC转换器输出的信号为VO，

。

作为本发明的进一步技术方案：不同的VIN值会有不同的VO值对应，假设VIN1对应的输入电压为VO1，VIN2对应的输出电压为VO2，则有：

；

假设

，则有：

Cs ＝C1(K -1) -Cp；

当触控按键被触摸时，触控按键Cs电容值会发生变化，假设电容值变为Cs’，用相同的方法可以得到：

Cs’＝C1(K’-1) -Cp；

则触控按键等效电容变化量等效为：

ΔCs＝Cs’-Cs＝C1(K’-K)。

作为本发明的进一步技术方案：所述电容C1采用可调电容。

作为本发明的进一步技术方案：所述ADC转换器的输出端连接有数字信号处理模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种新型触控检测电路，此结构具有检测速度快、检测精度高等特点；同时此结构如果嵌入到本来就有ADC的系统（如包含高速ADC模块的MCU系统）时，可以通过复用原系统中的ADC实现高速高精度的触控检测功能，这样可以非常低成本地实现触控检测功能。

附图说明

图1是传统触控检测电路原理图。

图2为本发明的新型触控检测电路原理图。

图3是内建可调电容的触控检测电路。

图4是增加数字信号处理模块的触控检测电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，一种新型触控检测电路，如图2所示：

图中Cs就是触控按键对应的等效电容，C1为内建分压电容，PM为内建PMOS管，起到电平移位及隔离的作用，IB为内建电流源，Cp代表端点VM上所有其他寄生电容，所述电容C1的一端连接输入信号VIN，电容C1的另一端连接电容Cp、电容Cs和MOS管PM的栅极，电容Cp的另一端连接电容Cs的另一端、MOS管PM的漏极和接地端，MOS管PM的源极连接电流源IB和ADC转换器。电容Cs即为触控按键对应的等效电容，电容C1即为内建分压电容，MOS管PM为内建PMOS管，起到电平移位及隔离的作用，电流源IB为内建电流源，电容Cp代表端点VM上所有其他寄生电容。

当输入信号VIN变化时，VM电压也会随之变化，通过工作在饱和区的PMOS管PM将VM电平移位到VO，最后通过内建高速高精度ADC采样得到转换结果。

实施例2，在实施例1的基础上，当输入信号VIN变化时，VM电压与VIN电压关系为：

；

假设MOS管PM流过电流为IB时其栅源电压为Vgs，则VO电压为：

；

则不同的VIN值会有不同的VO值对应，假设VIN1对应的输入电压为VO1，VIN2对应的输出电压为VO2，则有：

；

假设

，则有：

Cs＝C1(K-1) -Cp；

当触控按键被触摸时，触控按键Cs电容值会发生变化，假设电容值变为Cs’，用相同的方法可以得到：

Cs’＝C1(K’-1) -Cp；

则触控按键等效电容变化量可以等效为：

ΔCs＝Cs’-Cs＝C1(K’-K)。

可以看到外部按键等效电容的变化，直接可以通过测试多组VIN及VO值等效计算得到。

不同组的VIN和VO都是通过高速高精度ADC测试得到的数字值，同时得益于本发明对应的触控检测电路响应速度快，辅以高速高精度ADC快速精确测量，此结构具有检测速度快、检测精度高等特点。

根据以上计算公式可知，外部按键等效电容的变化与内建电容C1成比例，当外部触控按键触控与否电容变化量比较小时，可以相应地把内建电容C1调小来做动态适配，提高检测分辨率。

实施例3，在实施例2的基础上，如图3所示，电容C1采用可调电容，其他内容不变，通过动态调节不同的C1值，可以适应不同应用情况对应外部触控按键不同的等效电容范围，进一步提高检测电路的适用范围，提高各种应用情况的检测分辨率。

实施例4，在实施例3的基础上，如图4所示，在ADC转换器的输出端增加一个数字信号处理模块，借助原有结构检测速度快、检测精度高的优势，对测试得到的数据进一步做数字滤波等信号处理，可以进一步提高触控检测电路对温度变化、噪声干扰等非理想因素的影响。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种新型触控检测电路，其特征在于，该新型触控检测电路包括电容C1、电容Cp和MOS管PM，所述电容C1的一端连接输入信号VIN，电容C1的另一端连接电容Cp、电容Cs和MOS管PM的栅极，电容Cp的另一端连接电容Cs的另一端、MOS管PM的漏极和接地端，MOS管PM的源极连接电流源IB和ADC转换器。

2.根据权利要求1所述的一种新型触控检测电路，其特征在于，所述电容Cs为待检测的触控按键对应的等效电容。

3.根据权利要求1所述的一种新型触控检测电路，其特征在于，所述MOS管PM为PMOS管。

4.根据权利要求1所述的一种新型触控检测电路，其特征在于，所述MOS管PM的栅极电压为VM，当输入信号VIN变化时，VM也会随之变化，VM电压与VIN电压关系为：

；

其中，C1为电容C1的容值，Cp为电容Cp的容值，Cs为电容Cs的容值。

5.根据权利要求4所述的一种新型触控检测电路，其特征在于，所述MOS管PM流过电流为IB时其栅源电压为Vgs，MOS管PM向ADC转换器输出的信号为VO，

。

6.根据权利要求4所述的一种新型触控检测电路，其特征在于，不同的VIN值会有不同的VO值对应，假设VIN1对应的输入电压为VO1，VIN2对应的输出电压为VO2，则有：

；

设定

，则有：

Cs＝C1(K-1) -Cp；

当触控按键被触摸时，触控按键Cs电容值会发生变化，假设电容值变为Cs’，用相同的方法可以得到：

Cs’＝C1(K’-1) -Cp；

则触控按键等效电容变化量等效为：

ΔCs＝Cs’-Cs＝C1(K’-K)。

7.根据权利要求6所述的一种新型触控检测电路，其特征在于，所述电容C1采用可调电容。

8.根据权利要求7所述的一种新型触控检测电路，其特征在于，所述ADC转换器的输出端连接有数字信号处理模块。

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